2014年07月16日10:02
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利用像素內存實現超低功耗
反射型LCD的功耗本來就很低，但為了使功耗降低一個數量級，我們導入了MIP（Memory in Pixel）技術（圖5（a））。當顯示圖片時，若將圖像信息寫入像素內存一次，就可以持續使用，不需要再逐幀（一般為1/60秒一次）寫入。因無需對源極線加載高頻率數據信號傳輸至各像素，源極線周圍的充放電會驟減。其結果，面板功耗便可降至1/10以下。
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圖5 通過MIP技術實現超低功耗 MIP技術可在各子像素的反射電極下形成SRAM。這樣就不再需要在顯示圖片時進行數據傳輸，從而實現了超低功耗（a）。SRAM為2bit（b）。 |
圖5（b）為採用MIP技術的反射型LCD的系統構成。像素的各個子像素中均嵌入了兩個SRAM。這必須要有CMOS電路，隻能通過低溫多晶硅（LTPS）TFT來實現。圖像顯示以開/關二值顯示為基礎，採用了面積灰階方式。由主機發送至顯示器的信號會以提高面積灰階方式的畫質為目的，進行Dithering（誤差擴散，也較抖動顯示）所需運算。其結果會被發送至行內存。而改寫信號的顯示行則會被V解碼器和門控緩沖器選中，並由信號緩沖器發送對應於該顯示行的數據信號。
採用新像素結構和誤差擴散技術
我們開發的反射型LCD模塊，使用寫入子像素內2bit SRAM的圖像信息，並在分割為三部分的子像素的各區域內進行白色或黑色顯示，從而實現了4灰階表現能力（圖6）。對於2bit的圖像信息，通常是以2比1的面積比例將子像素分成兩部分，把前者用於高位顯示，把后者用於低位顯示。但是，這種方法會因為灰階層次不同而導致子像素內的濃淡（黑白）重心上下錯位。這可能會造成線狀顯示缺陷。為了解決這一問題，我們把子像素分成了三部分（如圖6所示），把上下區域分配給了高位顯示，把中間區域分配給了低位顯示。採用這種方法，濃淡的重心就會一直位於中間。
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圖6 採用將子像素分成三份的新的像素結構 將2bit信息用分成三份的子像素來顯示。如圖所示，通過4灰階表現，使各bit的重心均等，從而防止了顯示的不協調感。可通過RGB各色的4灰階表現，顯示64種顏色。 |
由於各子像素均為4灰階，因此由RGB子像素構成的各像素均可進行64色顯示。但是，要順暢地顯示自然景色，灰階還不夠，因此我們採用了剛才提到的誤差擴散技術。要防止誤差擴散特有的點狀不均或閃爍變得明顯，誤差擴散法需要根據具體的圖片和視頻內容靈活運用（圖7）。
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圖7 通過誤差擴散法改善畫質 由於是面積灰階方式，要確保一定的精細度（分辨率）的話，就要犧牲灰階（顯示色數） 。為了彌補這一點，日本顯示器公司採用了誤差擴散法。 |
確保在昏暗處的視認性
反射型LCD的缺點是在沒有外部光線的昏暗處看不到顯示。在像素內設置外部光線反射區域和背照燈透射區域的反射透射並用型（半透射型）技術可解決這個問題。可為反射電極設置開口部，將其用作透射區域。不過，設置透射區域會導致反射區域的面積縮小，因此會造成反射率降低。由於智能手機更重視透射性能，因此這不是什麼大問題，但對於經常在戶外瀏覽屏幕的可穿戴設備而言，這是一個很重要的問題。
於是，為了不犧牲反射率，我們開發出了將像素和像素之間的區域作為透射區域（開口部）的技術。該開口部沒有下部電極，但液晶分子會像非開口部一樣移動，因此顯示沒有問題。我們對比了明亮處的反射顯示和昏暗處的透射顯示，確認了視認性（圖8）。
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圖8 可確保在暗處的視認性 想出了將像素之間作為開口部來透過背光的方法（a）。由此大幅削減了原來的半透射型液晶顯示器常見的反射損失。在普通照明燈下的反射顯示和在暗處的透明顯示幾乎為同等畫質（b）。 |
還開發出了模擬灰階高畫質產品
以上是2014年開始量產的可穿戴設備用反射型LCD模塊的基礎技術。
另外，我們還開發出了基於模擬灰階的高畫質高精細度反射型LCD（圖9）。這種顯示屏不使用像素內存，而是通過與普通LCD相同的方式來驅動。雖然比不上使用像素內存的產品，但因為是反射型，所以功耗較低，隻有普通顯示屏的1/5左右。設想用於不需要像可穿戴設備那樣的超低功耗，但非常重視畫質的用途。這種顯示屏已在“FPD International 2013”展會上公開。
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圖9 開發出了不採用MIP技術的模擬灰階高精細高畫質產品 設想用於彩色電子書等用途。功耗沒有採用MIP方式的反射型LCD那麼低，但在不使用背照燈的反射型LCD中實現了較低的功耗。沒有在像素內嵌入內存，而是採用與目前普遍使用的透射型LCD相同的模擬驅動方式，容易實現高精細度和高畫質。 |
對於使用像素內存的面積灰階方式反射型LCD，其精細度與灰階數或顯示色數量之間存在此消彼長的關系。原因是，採用面積灰階方式時，為了增加灰階數或顯示色數量，必須縮小子像素的尺寸，並把像素分割得更小。但是，要使用像素內存，就要將內存集成到子像素內，這樣就限制了子像素的小型化（高精細化）。因此，使用像素內存的面積灰階反射型LCD試制品的精細度僅為182ppi，灰階數為4，顯示色數隻有64色。
而2013年公開的高畫質產品的各色的模擬灰階為6bit，因此可實現64灰階、26萬色顯示。屏幕尺寸為7英寸，像素數為1200×1920，精細度高達321ppi。將RGBW子像素改成了2×2配置，反射率高於採用條紋配置的產品。（日經技術在線！供稿）
